【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构拓扑优化设计领域，涉及。
技术介绍
重型、超重型制造装备是融合了多种学科技术的复杂集成系统，随着产品结构的复杂化与服役环境的极限化趋势越来越显著，客户对于产品在工作过程中的“全局高刚性”要求也越来越高。与此同时，在当前“低碳”发展的形势要求下，大型制造装备的“轻量化表现”将逐渐成为衡量“资源与能源耗费”的重要考核指标。在这样的发展趋势下，越来越多的设计人员将优化技术应用到承载结构的低碳节材设计上来。结构优化可分为尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。其中形状优化和尺寸优化经过数十年的发展，已达到较为成熟的水平。但是这两种方法是对一个已有的拓扑结构进行优化，并不能改变结构的拓扑关系，即使形状和尺寸达到最优但是拓扑结构并不一定最优，导致最终结果并不是最优的。而拓扑优化设计是在结构初始的拓扑关系未知的情况下，寻求材料在空间中的最佳分布从而得到最优的拓扑结构，初始拓扑结构设计的好坏对整个设计过程有着重要的影响。因此，近年来拓扑优化设计成为国内外结构优化领域的研究热点。但是，由于拓扑优化的描述及算法繁琐复杂，一些比较关键的技术还处在探索和发展阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。I)设定一种弹性模量可变的单元并将单元的弹性模量作为设计变量，预先设定弹性模量的变化范围；2)建立承载结构的有限元模型，为有限元模型中各单元设定弹性模量初始值，然后施加边界条件并求解；3)经过步骤2)后，从有限元分析结果中提取单元节点应力值，通过插值得到各单元质心处应力值，根据各单元质心处应力值得出各单元质心处的内力传...
【技术保护点】
一种基于内力路径几何形态的承载结构低碳节材设计方法，其特征在于，具体按下列步骤进行：1)设定一种弹性模量可变的单元并将单元的弹性模量作为设计变量，预先设定弹性模量的变化范围；2)建立承载结构的有限元模型，为有限元模型中各单元设定弹性模量初始值，然后施加边界条件并求解；3)经过步骤2）后，从有限元分析结果中提取单元节点应力值，通过插值得到各单元质心处应力值，根据各单元质心处应力值得出各单元质心处的内力传递矢量，模值最大的内力传递矢量代表内力路径在单元质心处的疏密程度，以此为基础求解内力路径在单元质心处的曲率，曲率值代表了内力路径在单元质心处的弯曲程度；4)利用步骤3）中得到的各个单元质心处内力路径的几何形态指标量对单元当前的弹性模量值进行惩罚，并获得新的单元弹性模量值，几何形态指标量包括疏密程度与弯曲程度；5)对步骤4）中得到的各单元弹性模量值进行光滑平均化处理；6)返回步骤2）将步骤5）中得到的单元弹性模量值赋给有限元模型中相应的各个单元，并进行循环迭代计算，直至单元的平均弹性模量达到预先设定的数值，这样便可得到承载结构的最佳传力路径，也即材料在设计空间中的最佳分布形式。
【技术特征摘要】
1.一种基于内力路径几何形态的承载结构低碳节材设计方法，其特征在于，具体按下列步骤进行 1)设定一种弹性模量可变的单元并将单元的弹性模量作为设计变量，预先设定弹性模量的变化范围； 2)建立承载结构的有限元模型，为有限元模型中各单元设定弹性模量初始值，然后施加边界条件并求解； 3)经过步骤2)后，从有限元分析结果中提取单元节点应力值，通过插值得到各单元质心处应力值，根据各单元质心处应力值得出各单元质心处的内力传递矢量，模值最大的内力传递矢量代表内力路径在单元质心处的疏密程度，以此为基础求解内力路径在单元质心处的曲率，曲率值代表了内力路径在单元质心处的弯曲程度； 4)利用步骤3)中得到的各个单元质心处内力路径的几何形态指标量对单元当前的弹性模量值进行惩罚，并获得新的单元弹性模量值，几何形态指标量包括疏密程度与弯曲程度； 5)对步骤4)中得到的各单元弹性模量值进行光滑平均化处理； 6)返回步骤2)将步骤5)中得到的单元弹性模量值赋给有限元模型中相应的各个单元，并进行循环迭代计算，直至单元的平均弹...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宝童，洪军，邱志惠，赵静，王哲琳，甄宜超，闫素娜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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